Metantab under biogasproduktion

Transkript

1 Januar 2017 Metantab under biogasproduktion Produktion af biogas giver, hvis der indgår husdyrgødning, en dobbelt klimagevinst, idet biogassen kan erstatte fossile brændstoffer samtidig med at udslip af klimagasserne metan og lattergas sænkes fra husdyrgødningen. Men der er et problem med tab af metan, som gør at klimafordelen ved produktion af biogas reduceres. Tabet kommer henholdsvis fra udslip ved opsamlingen af gyllen og ved udslip fra biogas- og opgraderingsanlæg. I den seneste tid har der været et stort fokus på tabet fra anlæggene, og Energistyrelsen har igangsat et frivilligt måleprogram på disse. Biogas er en grøn energiform, der i Danmark er baseret på hovedsageligt husdyrgødning, organisk industriaffald og halm. Biogas giver en drivhusgasreduktion, idet fossile brændsler fortrænges, og gylle har en mindre metanudledning, når den er afgasset. Metantab fra biogasog opgraderingsanlæg formindsker dog drivhusgasreduktionen. Metan er en kraftig drivhusgas, ifølge IPCC s nyeste tal er den 34 gange kraftigere end CO2 ved en tidshorisont på hundrede år 1. Et tab af metan betyder derfor meget i biogas klimaregnskab, og er derfor vigtigt at holde på et minimum 2. Dette notat forudsætter, at biogas er baseret på husdyrgødning, primært gylle, og halm og organisk affald som opblandingssubstrater. Vi forudsætter, at der ikke bruges energiafgrøder, hvilket i praksis også kun sker i meget lille omfang i Danmark. Gylle er det mest brugte substrat i Danmark, men det skal suppleres med organiske affalds- og biprodukter, der hæver tørstofindholdet, for at give et ordentligt gasudbytte. Her er organisk industriaffald det hidtil mest brugte. Denne ressource er dog begrænset. I fremtiden skal en langt større del af gyllen gennem biogasanlæg i 2014 blev der kun brugt ca. 8 pct. af den samlede produktion af gylle 3. I Grøn Vækst-aftalen fra 2009 blev der sat et mål om at 50 pct. af husdyrgødningen skal afgasses i Dette mål ser dog ikke ud til at blive nået. Derfor bliver der brug for langt større mængder af organiske bi- og affaldsprodukter til at blande i gyllen. Her skal især anvendes dybstrøelse og halm. 1 Da den nyest beregnede faktor, kaldet GWP (Global warming potential), på 34 først er kommet frem i 2016, er det stadig et GWP på 25, som der oftest regnes med. Dette gælder alle analyserne refereret til i dette notat. Endvidere har denne faktor en tidshorisont på 100 år, men da det er afgørende for jordens klima, hvad der sker de næste 20 år, kan et GWP på 86 være relevant at medtage. Se tabel 1 for de forskellige GWP-faktorer. 2 Klimaeffekten kan beregnes på flere måder. Resultatet afhænger således af hvor meget der medtages i form af forbrug af energi og hjælpestoffer i processen samt ikke mindst af om opblandingssubstratet antages at have en alternativ energi-anvendelse. Se rapporten Vega, G.C. & Chrintz, T. (2015) Bæredygtig biogasproduktion i Danmark, CONCITO. 3 Albrektsen, M.H., Gyldenkærne, S. & Mikkelsen, M.H. (2016): Biogasproduktions konsekvenser for drivhusgasudledning i landbruget, DCE.

2 Reduceret drivhusgasudledning Brugen af biogas i Danmarks energiproduktion, nedsætter drivhusgasudledningen på flere punkter. Den største reduktion kommer fra fortrængning af fossile brændsler. Ifølge Energistyrelsen vil fortrængningen i 2016 give en reduktion på tons CO2, hvilket svarer til ca. 1,5 pct. af Danmarks samlede CO2-udledning i Derudover nedsættes landbrugets metanudledning, når gylle bliver afgasset i et biogasanlæg inden det bringes ud op marken. Dette skyldes, at en stor del af den letomsættelige organiske fraktion bliver nedbrudt i anlægget, hvorved den producerede gas bliver opsamlet i stedet for at blive udledt til atmosfæren. DCE Nationalt Center for Miljø og Energi - har beregnet reduktionen i udledningen af metan fra gylle, når det afgasses i stedet for at spredes på marken ubehandlet. For kvæggylle reduceres udledningen med 0,32 kg metan per tons gylle, mens den for svinegylle reduceres med 0,61 kg metan per tons svinegylle 5. Når dette omregnes til CO2-ækvivalenter ved en GWP100 på 34, ses det at reduktionen i udledningen i planåret 2014/2015 var oppe på 15,01 kg CO2-ækv. per tons gylle 6. De reduktioner, som fortrængningen af fossile brændsler og afgasningen af gylle giver, kan dog blive stærkt reducerede ved tab af metan undervejs i produktionen. Dette sker forskellige steder: i stalden, hvor tabet afhænger af hvordan gyllen opsamles og håndteres, og under selve produktionen af biogas grundet lækager på anlæggene og fra opgraderingsprocesserne. Hvor meget betyder metantabet fra biogas- og opgraderingsanlæg? Igennem den seneste tid har der særligt været en debat om metanlækager fra biogas- og opgraderingsanlæg, idet målinger har vist at tabene var større end tidligere antaget. I 2016 vil der blive tabt ton CO2-ækv. grundet lækager på biogas- og opgraderingsanlæg, svarende til 2,3 pct. af den producerede biogas 7. Disse tal fra Energistyrelsen er dog beregnet på et meget usikkert grundlag, idet de er baseret på målinger fra kun otte biogas- og opgraderingsanlæg. En LCA-baseret følsomhedsanalyse 8 illustrerer betydningen af metantab for klimaregnskabet. Analysen viser, at klimagevinsten ved at bruge metan til transport øges med 30 pct., hvis metantabet reduceres fra 3 pct. til 0,5 pct. Omvendt vil en stigning i metantabet fra 3 pct. til 5 pct. betyde en reduktion af denne klimagevinst på 16 pct. I følge Bodil Harder fra Energistyrelsen skal metan tabet overstige 14.3 pct. for helt at annullere klimagevinsten ved produktion af biogas 9. 4 Energistyrelsen (2016): Effekt af biogasproduktion på drivhusgasemissioner, J.nr Albrektsen, M.H., Gyldenkærne, S. & Mikkelsen, M.H. (2016): Biogasproduktions konsekvenser for drivhusgasudledning i landbruget, DCE. 6 Se tabel 2 i Noter, hvor det også er regnet med et GWP 20 på Energistyrelsen (2016): Effekt af biogasproduktion på drivhusgasemissioner, J.nr Patterson, T., Esteves, S., Dinsdale, R. & Guwy, A. (2011): Life cycle assessment of biogas infrastructure options on a regional scale, Bioresource Technology, vol. 102, pp Obs.: Biomassen er organisk fødevareaffald. 9 Bodil Harder i Ingeniøren d : Kronik: Hvad ved vi om klimagassens gevinster?. Tallene bygger på Albrektsen, M.H., Gyldenkærne, S. & Mikkelsen, M.H. (2016): Biogasproduktions konsekvenser for drivhusgasudledning i landbruget, DCE, hvori GWP 100 på 25 er brugt

3 Ifølge Energistyrelsen vil biogasproduktionen i Danmark i 2016 reducere drivhusgasudledningen med tons CO2-ækvivalenter medregnet metantab. Energistyrelsen har brugt GWP100 på 25, så med de nyeste IPCC GWP100-tal er reduktionen noget større, og lægger man GWP20 til grund er den betydeligt større 10. Begrænsning af metantab ved opsamling af gylle En stor del af metantabet kan reduceres ved at optimere metoder til opsamling, håndtering og lagring af gyllen, inden den kommer ind på biogasanlægget. Udledningen afhænger af gyllens opholdstid i stald og lager, mængden af metanogene bakterier tilstede og fysiske parametre som ph, tilstedeværelse af ilt, temperaturforhold, etc. For at opnå mindst mulig metanudledning, skal nedbrydningen af det organiske stof i gyllen forblive så lille som muligt indtil gyllen kommer til anlægget. For eksempel nævner rapporten fra DCE (2016) at udledningen formindskes ved at flere svin går på delvis spaltegulv, fordi gyllens opholdstid således er kortere i stalden, fremfor på fuldspaltegulv. Et andet eksempel er gyllekøling, som bremser nedbrydningen af det organiske stof 11. Der ligger et stort potentiale i at optimere håndterings- og opsamlingsmetoder. Det kræver dog optimering og at man giver landmændene mulighed for at udvikle deres landbrug. Dette kan blandt andet gøres ved støtte til miljøteknologi og til de bedste tilgængelige teknikker (BAT). Begrænsning af metantab på biogas- og opgraderingsanlæg Først og fremmest kan vedligehold begrænse metanudslippet fra biogas- og opgraderingsanlæg væsentligt. Revner og lækager skal opdages hurtigt og repareres, og derfor er der behov for regelmæssig kontrol og vedligehold. For at biogas kan fødes ind på naturgasnettet, skal den renses for biprodukter og opgraderes så metanindholdet er større. Specielt fjernes CO2 fra biogassen i opgraderingsanlæggene. Metoderne hertil giver et varierende metantab, hvilket har betydning i klimaregnskabet. De mest brugte metoder er Pressure Swing Adsorption og vandskrubning, og efterfulgt af kemisk skrubning. Kemisk skrubning har et metantab på mindre end 0,1 pct., hvilket er langt under de to andre metoder, som varierer mellem <1 til 4 pct. 12. Til gengæld er kemisk skrubning mere energikrævende den kræver ifølge Allegue & Hinge (2012) 0,5 kwh/nm 3 rå biogas, hvilket er dobbelt så meget som for Pressure Swing Adsorption og vandskrubning 13. Se tabel 3 i bilaget. CO2-udledningen foranlediget af det øgede energiforbrug bliver dog mere end udlignet af reduktionen i tab af metan. 10 Energistyrelsen (2016): Effekt af biogasproduktion på drivhusgasemissioner, J.nr Albrektsen, M.H., Gyldenkærne, S. & Mikkelsen, M.H. (2016): Biogasproduktions konsekvenser for drivhusgasudledning i landbruget, DCE. 12 Petersson and Wellinger (2009): Biogas upgrading technologies -developments and innovations, Task 37. IEA Bioenergy. 13 Allegue and Hinge (2012): Biogas and syn-gas opgrading. Danish Technological Institute, Aarhus

4 Hvad gøres der nu? Energistyrelsen har for at begrænse metanudslippene igangsat en frivillig måleordning for anlæggene. I et pilotprojekt op til måleprogrammet blev 105 anlæg spurgt om de ville deltage, men heraf var det kun 15, der sagde ja. I det nye frivillige måleprogram skal anlæggene tilmed selv betale for målingerne. Dette vil koste hvert enkelt anlæg mellem og kr. årligt. Derfor virker det ikke sandsynligt, at de fleste biogasanlæg frivilligt vil melde sig til ordningen. Incitamentet for at deltage i ordningen skulle være at optimere biogasproduktionens klimafordele og give branchen større troværdighed. Men det vil sandsynligvis være nødvendigt med enten en obligatorisk ordning eller et direkte økonomisk incitament for at deltage. Når man opgraderer biogas og føder det ind på naturgasnettet, kan det via et certifikat sælges andre steder i landet. De fleste biogasanlæg ligger i Jylland, mens en stor del af forbruget er på Sjælland. Certifikatet, som administreres af Energinet.dk, sikrer at den mængde, der sælges som såkaldt bionaturgas, modsvarer en mængde biogas, som er tilført naturgasnettet et andet sted i landet. Dette er miljø- og klimamæssigt en fordelagtig ordning, idet alternativet ville være at køre biogassen rundt på tankbiler. Fire selskaber, som sælger bionaturgas i Danmark, NGF Nature Energy, HMN, EON og DONG Energy, er ved at indgå en Brancheaftale. Her forpligter de sig til kun at købe bionaturgas, som stammer fra anlæg, som er tilsluttet det frivillige måleprogram. Dette vil betyde at bionaturgas kun kan sælges fra anlæg der er tilsluttet måleprogrammet. Potentielt set kan der dog i fremtiden komme selskaber, som ikke tilslutter sig aftalen, og derved undgå at være tilsluttet det frivillige måleprogram. Derudover gælder denne aftale kun for bionaturgas, og ikke for biogas som ikke opgraderes dvs. typisk den biogas som sælges til nærliggende kraftvarmeværker. Hvis biogasproducenterne ikke af egen fri vilje deltager i måleprogrammet, eller finder en anden vej til at begrænse metanudslippet, er det nødvendigt at indføre et obligatorisk program, således at de er underlagt regulering. I en række svar på spørgsmål til energi-, forsynings- og klimaministeren 14, fremgår det at Regeringen med det frivillige måleprogram og en skærpelse af miljøgodkendelsen for biogasanlæg 15 er tilfredse med indsatsen. I svarene refereres der til Energistyrelsens tal. Behovet for mere viden og flere undersøgelser af metantab understreges dog også, og såfremt det frivillige program ikke bliver en succes, er ministeren indstillet på at overveje yderligere tiltag. Anbefalinger Det Økologiske Råd anbefaler: 14 Spørgsmål nr. S 99, J nr ; Spørgsmål 37 alm. del, J nr ; Spørgsmål 36 alm. Del, J nr , alle stillet af Jens Joel (S). 15 Afsnit 16 i "Bekendtgørelse om standardvilkår for Miljøgodkendelse af listevirksomhed",

5 At man som en del af miljøgodkendelsen indfører et obligatorisk program, hvor der regelmæssigt og systematisk føres kontrol over, hvor meget metan der lækkes på alle biogas- og opgraderingsanlæg. At kontrollen i det obligatoriske program udformes på samme måde som den frivillige ordning, som består af to dele: Biogasanlæggene gennemfører en regelmæssig og systematisk egenkontrol, hvor kritiske dele og komponenter undersøges for eventuelle lækager. At et eksternt målefirma regelmæssigt skal gennemgå anlægget og kvantificere tabet fra fundne kilder. At der reduceres forholdsmæssigt i støtten 16 til anlæg der overskrider f.eks. 3% metantab, faldende til 2% i 2018 og 1% i At der gives yderligere penge til forskning og udvikling af biogas, herunder udviklingsstøtte til at markedsmodne metoderne til udnyttelse af halm, dybstrøelse m.v. i biogasanlæg. At der gives udviklingsstøtte til de teknikker i opgraderingsanlæg, som har lavest metanudslip samt differentiering i støtten. Karen Oxenbøll, Christian Ege og Linn Meilvang Bilag Tabel 1: Oversigt over globale opvarmingspotentialer, GWP (Global Warming Potential) med henholdsvis en 20-årig og en 100-årig tidshorisont. Metan GWP GWP20 GWP100 IPCC SAR IPCC 2013 Uden climate-carbon feed back Med climate-carbon feed back GWP 100-faktoren for metan er altså steget fra 25 til 34 med IPCC s rapport WGI fra 2013 en stigning på 36 pct. GWP 20-faktoren for metan er steget fra 72 til 86 en stigning på godt 19 pct. En GWP 100 på 34 betyder at et ton metan har samme klimaeffekt som 34 ton CO 2. Kilde: Tarjei Haaland, notat fra d Formateret: Skrifttype: 11 pkt 16 Hidtil PSO-støtten, men fra 2017 omlægges finansiering af støtten til gradvis frem til 2022 at ligge i Finansloven

6 Tabel 2: Beregning af udslipsreduktionen i CO2-ækv. ved at afgasse gylle fremfor at lade den være ubehandlet. Kvæg reduktion i udledning - kg CO 2-ækv. per tons gylle Svin - reduktion i udledning - kg CO 2-ækv. per tons gylle Blandet gylle - reduktion i udledning - kg CO 2-ækv. per tons gylle GWP 20 på 86 27,52 52,46 37,99 GWP 100 på 34 10,88 20,74 15,01 For gylle brugt i planåret 2014/2015. For kvæggylle nedsættes udledningen med 7,88 kg CO 2-ækv. per tons gylle, mens for kvæggylle nedsættes der med hele 15,32 kg CO 2-ækv. per tons gylle. I Danmark er gyllen i 2014/2015 brugt i biogasproduktionen fordelt på 58% kvæggylle og 42% svinegylle, og dette betyder at samlet set giver biogasproduktionen en nedsætning på 11 kg CO 2-ækv. per tons gylle. Dette har DCE beregnet med et GWP 100 på 25. Baseret på tal fra DCE-rapporten Biogasproduktionens konsekvenser for drivhusgasudledningen i landbruget (2016). Formateret: Skrifttype: 11 pkt Tabel 3: De tre mest almindelig opgraderingsprocessers energiforbrug og metantab. kwh/nm³ rå biogas Metanudledning PSA 0,25 2-4% Vandskrubning 0, %* til 4%** Kemisk skrubning/adsorption 0,50 <0,1 % Kilde: Petersson and Wellinger (2009): Biogas upgrading technologies -developments and innovations, Task 37. IEA Bioenergy. *nye anlæg. **gamle anlæg. Formateret: Skrifttype: 11 pkt - 6 -